SEL保護(hù)器在某降壓站技術(shù)改造中的應(yīng)用

李志剛

（昆鋼控股公司礦山研究設(shè)計院云南昆鋼　650302）

SEL保護(hù)器在某降壓站技術(shù)改造中的應(yīng)用

李志剛

（昆鋼控股公司礦山研究設(shè)計院云南昆鋼650302）

通過對我公司某總降壓站繼電保護(hù)改為微機(jī)保護(hù)的技改中SEL保護(hù)的應(yīng)用，為老電站、老系統(tǒng)的技術(shù)改造提供借鑒和幫助。

繼電保護(hù)；微機(jī)保護(hù)；技術(shù)改造

1　引言

我公司某35/6kV總降壓站，建于1990年，至今已在供電系統(tǒng)中運(yùn)行了20多年。承擔(dān)著幾個主要煉鋼廠、軋鋼廠等重負(fù)荷用戶的供電任務(wù)。由于變電站投產(chǎn)比較早，站內(nèi)二次設(shè)備陳舊，還是由傳統(tǒng)電磁式的差動繼電器和電流、電壓、時間等繼電器構(gòu)成的主變壓器差動繼電保護(hù)、電流速斷繼電保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過電流繼電保護(hù)和過負(fù)荷繼電保護(hù)裝置。這些設(shè)備使用年限較長，繼電器逐漸老化，二次回路接線的絕緣水平已經(jīng)下降，繼電保護(hù)裝置發(fā)生動作不可靠現(xiàn)象，它對主變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及供電的可靠性構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

為了提高變電站及變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，考慮兼顧以后的變電站綜合自動化發(fā)展的要求，提出了應(yīng)用SEL-587、SEL-351等微機(jī)保護(hù)裝置對主變壓器繼電保護(hù)進(jìn)行技術(shù)改造。

2　技術(shù)改造方案和措施

基于電磁式繼電器趨于老化而動作不可靠，以及從今后變電站綜合自動化發(fā)展的情況考慮，決定將此總降主變壓器的保護(hù)裝置進(jìn)行技術(shù)改造。我們經(jīng)過技術(shù)比較采用SEL-587變壓器微機(jī)差動繼電保護(hù)器，SEL-351微機(jī)綜合保護(hù)器，取代傳統(tǒng)電磁式的差動繼電器，電流、電壓、時間等繼電器構(gòu)成的電流速斷繼電保護(hù)，復(fù)合電壓閉鎖過電流繼電保護(hù)和過負(fù)荷繼電保護(hù)裝置。

3　SEL系列微機(jī)保護(hù)器與電磁型繼電器的技術(shù)比較

SEL系列微機(jī)保護(hù)裝置是美國SEL公司專門針對電力系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)的一種集保護(hù)、測量、控制于一體化的綜合保護(hù)裝置。SEL微機(jī)保護(hù)器可保存多個15周波的事件報告，每個實(shí)事件報告含有詳細(xì)的電流、繼電器元件、輸入和輸出數(shù)據(jù)。利用事件報告信息可查看故障和測試期間繼電器動作情況，前面板LED指示燈，LCD顯示屏，操作鍵。通過按鍵，可以讀取實(shí)時數(shù)據(jù)，查看歷史事件，顯示或修改保護(hù)定值等功能。LED指示燈分別對應(yīng)相應(yīng)的繼電保護(hù)動作和故障范圍，液晶顯示極大方便運(yùn)行維護(hù)人員整定調(diào)試、運(yùn)行狀態(tài)顯示和故障異常監(jiān)視，事件報告便于故障的分析、查找。

普通電磁式繼電保護(hù)，所用繼電器元件多，接線復(fù)雜。繼電器本體機(jī)械附屬、中間環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)動部分多，特性分散，導(dǎo)致可靠性不高；調(diào)試復(fù)雜，使用、檢修周期短，并且正在逐漸被淘汰。

4　SEL-587、SEL-351微機(jī)保護(hù)器簡介

4.1SEL-587

SEL-587微機(jī)保護(hù)器適用于雙繞組變壓器、電抗器、發(fā)電機(jī)、大型電動機(jī)等雙端設(shè)備的電流差動保護(hù)?？蛇m應(yīng)各種聯(lián)結(jié)組別的電力變壓器，具有精確的表計能力，可測量各側(cè)繞組電流瞬時值，差動元件差動量和制動量，2次及5次諧波，自動進(jìn)行電流互感器（TA）二次電流的相位及幅值的校正，使差動動作量達(dá)到平衡，可明顯區(qū)分故障和涌流的特征，提高保護(hù)動作的可靠性。

4.2SEL-351

SEL-351微機(jī)保護(hù)器是一種集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、故障測距為一體的通用型綜合保護(hù)裝置。采用相、負(fù)序、零序接地、中性點(diǎn)接地過電流元件、電壓元件及其他繼電器元件的組合來保護(hù)饋線及其設(shè)備?？蓽y量包括相電壓，相電流，負(fù)序電壓和負(fù)序電流，零序電壓和零序電流，功率、頻率、電度量等。SEL-351微機(jī)保護(hù)器前面板設(shè)有16個LED指示燈分別對應(yīng)相應(yīng)繼電器狀態(tài)和故障性質(zhì)。SEL-351微機(jī)保護(hù)器還具有電壓斷線邏輯，可檢測一相、兩相、三相電壓斷線。

5　差動回路改造方案

5.1改造方案

將原有的BCH-2型差動繼電器改為SEL-587微機(jī)保護(hù)器，改造后具體應(yīng)用如圖1所示。

圖1　Y-△變壓器帶有△-Y的CT聯(lián)接

5.2實(shí)施過程

將原有的差動回路中各元件及二次接線拆除后，在原來的保護(hù)屏上，經(jīng)過重新開孔后，根據(jù)新繪制的二次保護(hù)圖，進(jìn)行了SEL-587微機(jī)保護(hù)器的安裝接線如圖2以及保護(hù)器的參數(shù)設(shè)定。

由于SEL-587微機(jī)保護(hù)器的幅值是輸入相應(yīng)設(shè)備的參數(shù)（高壓側(cè)電流互感器變比，低壓側(cè)電流互感器變比，變壓器額定容量），相量平衡是通過輸入變壓器接線組別，經(jīng)微機(jī)保護(hù)內(nèi)部相應(yīng)的矩陣計算自動實(shí)現(xiàn)。躲過勵磁涌流是通過測量2次及5次諧波分量，在2次諧波分量和5次諧波分量占基波百分?jǐn)?shù)超過相應(yīng)的整定值PCT2（2次諧波整定值）和PCT5（5次諧波整定值）時，閉鎖差動保護(hù)，有效解決了變壓器區(qū)外故障因電流互感器（TA）飽和造成的差動保護(hù)誤動作。

圖2　差動保護(hù)一次、二次接線圖

SEL-587差動元件是按在變壓器額定功率、額定母線電壓及電流互感器變比下，并對電流互感器的接線方式作了補(bǔ)償后，流經(jīng)變壓器的二次電流（即繞組輸出電流）的倍數(shù)來整定，可由SEL-587自動計算ITAP（差動元件啟動值）值。也可由人工計算，計算公式為：

式中：S——變壓器額定容量（MVA）；

U——繞組線電壓（kV）；

KTA——電流互感器變比。

保護(hù)器可將兩個繞組來的三相電流自動除以電流調(diào)整倍數(shù)（TAPn、n=1、2），并且根據(jù)整定值（TRCON，CTCON）對因變壓器和CT繞組連接造成的相角偏移進(jìn)行自動調(diào)整。另外它還具有很強(qiáng)的故障錄波功能，在事故發(fā)生后，可通過事件記錄，查看故障波形、幅值，便于事故分析。

5.3差動保護(hù)邏輯設(shè)置

差動保護(hù)邏輯如下所示：

MUTI（跳閘條件）=87R+87U

OUT1（輸出動作條件）=TRP1

通過上面簡單的邏輯方程可實(shí)現(xiàn)差動保護(hù)，當(dāng)諧波比率差動元件（87R）或差動速斷元件（87U）動作時，繼電器字位87R和87U置位邏輯1，使繼電器字位TRP1、OUT1置位邏輯1，繼電器通過輸出口OUT1閉合去操作外接二次回路，并通過繼電器TRP1觸發(fā)故障錄波。

圖3　SEL-587差動元件邏輯圖

6　SEL-351的應(yīng)用

（1）反映變壓器由外部短路引起的過電流和變壓器過負(fù)荷，是由主變壓器的后備保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。主變壓器的后備保護(hù)如電流速斷繼電保護(hù)、復(fù)合電壓閉鎖過電流繼電保護(hù)和過負(fù)荷繼電保護(hù)裝置。這些傳統(tǒng)的保護(hù)，是由十只電磁式的電流，電壓、時間、中間繼電器構(gòu)成。

在這里采用SEL-351微機(jī)保護(hù)器作為主變壓器的后備保護(hù)，SEL-351微機(jī)保護(hù)器是一種集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、故障測距為一體的通用型綜合保護(hù)裝置。采用相、負(fù)序、零序接地、中性點(diǎn)接地過電流元件、電壓元件及其他繼電器元件的組合來保護(hù)饋線及其設(shè)備?？蓽y量包括相電壓，相電流，負(fù)序電壓和負(fù)序電流，零序電壓和零序電流，功率、頻率、電度量等。

SEL-351微機(jī)保護(hù)器前面板設(shè)有16個LED指示燈分別對應(yīng)相應(yīng)繼電器狀態(tài)和故障性質(zhì)。SEL-351微機(jī)保護(hù)器還具有電壓斷線邏輯，可檢測一相、兩相、三相電壓斷線，電壓斷線邏輯內(nèi)含定值不需要人為整定，具體接線如圖4所示。

圖4　

（2）在對保護(hù)回路接線中遇到了這樣一個問題，2#主變壓器裝6kV側(cè)設(shè)有兩套復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)，根據(jù)一次主接線方式見圖1，不論采取何種運(yùn)行方式都要有一套保護(hù)投運(yùn)。SEL-351微機(jī)保護(hù)器只提供了一組電壓輸入端，只允許設(shè)置一套復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)。假設(shè)保護(hù)器電壓引自6kVⅡ段母線電壓互感器（TV），當(dāng)2#主變運(yùn)行方式為供6kVⅢ段母線，此時保護(hù)器就采集不到6kVⅡ段母線電壓，低電壓閉鎖動作，這時只需要一個條件（過電流）就可以啟動輸出繼電器OUT1、OUT2啟動回路，跳開兩側(cè)斷路器，這顯然保護(hù)器是不可靠的。

解決問題的方法是實(shí)現(xiàn)6kVⅡ段、Ⅲ段母線電壓回路的電壓自動切換，我們采取了增加兩只中間繼電器ZJ1、ZJ2，利用602#（603#）合閘位置繼電器的常開觸點(diǎn)閉合自動完成電壓回路切換。如圖5所示。

圖5　電壓切換原理接線圖

（3）保護(hù)邏輯設(shè)置

其簡單的邏輯控制方程為：

OUT101（輸出口動作條件）=SV1T（邏輯變量動作時間）

SV1（邏輯變量動作條件）=67P1T（Ⅰ段過電流時間定值）

TR（跳閘條件）=67P1T

FAULT（故障條件）=51P（Ⅰ段過電流定值）

通過上面邏輯方程，可實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)方案：當(dāng)三相相電流超過Ⅰ段電流元件電流定值（50P1P），且時間和方向控制均滿足條件時，67P1T繼電器字位置位為邏輯1，與此同時，使繼電器字位SV1、SV1T、OUT1、TRLP置位為邏輯1，繼電器輸出口OUT101閉合操作外接二次回路，并通過繼電器字位TRIP觸發(fā)故障錄波。過負(fù)荷報警通過OUT104啟動光字牌信號“過負(fù)荷”，光字牌信號利用602#、603#開關(guān)合閘位置繼電器的一對常開觸點(diǎn)的閉合通過輸入端IN101、IN102監(jiān)視其電壓回路的完整性。用其SEL-351自帶的電壓回路斷線邏輯觸發(fā)OUT105的閉合發(fā)出光字信號“電壓回路斷線”。

7　改造后運(yùn)行效果

改造完成后，經(jīng)過繼電保護(hù)調(diào)試人員的現(xiàn)場調(diào)試、試驗(yàn)，差動保護(hù)、過電流、過負(fù)荷動作保護(hù)正確，空載投切變壓器沖擊試驗(yàn)三次，無保護(hù)誤動作；與1#（3#）主變壓器并聯(lián)帶負(fù)荷運(yùn)行2h，切除并聯(lián)1#（3#）主變后，滿負(fù)荷運(yùn)行均正常。

此后，在取得2#主變壓器微機(jī)繼電保護(hù)器成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，我公司對1#主變壓器、出線開關(guān)的繼電保護(hù)裝置均進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改造，長期運(yùn)行均正常。

8　結(jié)論

對我公司老電站繼電保護(hù)的技改，二次接線極大的優(yōu)化、減少；二次回路中間環(huán)節(jié)得到了很大程度的簡化；提高了變壓器在系統(tǒng)運(yùn)行中的可靠性；減少了供電故障，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的長周期、安全、穩(wěn)定供電提供了保證。同時，也希望通過我們此次技改的經(jīng)驗(yàn)為類似老系統(tǒng)老電站的改造提供一定的借鑒和幫助。

[1]龔強(qiáng)，等.地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化技術(shù)與應(yīng)用.中國電力出版社，2005.

[2]張繼雄.變電站自動化系統(tǒng)選型中應(yīng)注意的問題.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2005，2.

[3]《PowerComm站內(nèi)綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)文件》（Version 2.01）.

[4]變電站綜合自動化原理及應(yīng)用.中國電力出版社，2002，12

[5]《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》（GB50062-2008）.

[6]《SEL保護(hù)技術(shù)手冊》.

TM407

A

1673-0038（2015）26-0266-03

2015-6-12